电话原理-资料

电话原理课程目的------针对实习用产品，介绍电路原理，为调试维修提供理论依据。------通过实习，复习巩固以及检验大家学过的知识。了解和弄清如下内容：1、基本概念和术语:什么叫摘机、挂机；手柄摘机条件下的等效直流电阻；什么叫叉簧开关(它的作用是什么)；人的话音频带(300Hz~3400Hz)。2、相关信号:拨号通知音、忙音、催挂音；双音多频信号；振铃信号(75V,25Hz。1S送，4S断)。3、了解电话机的工作环境和供电方式。4、了解话机电路中电源的取电方式：串联取电。5、实习用话机电路原理分析实习用话机单元电路包括：防雷电路；极性保护桥路；CPU电源电路；摘、挂机控制电路；微音器电路、发送电路；手柄接收电路；免提接收功放；振铃电路。

“叉子簧开关”名称的来历

1876年，贝尔发明电话机，那时市场上没有现存开关可用，就用三个铜片以交叉形式组装后代替开关，如下图，当时称叉子簧通话电路振铃电路TR拨号电路叉簧开关的作用：

用来直接或间接控制摘机和挂机，即控制线路中的直流电流的通和断。叉簧的英文名称：HOOK，简写为HK。叉簧状态检测端：HOOKSTATE,电路图中简写为HKS.摘挂机控制信号输出端：HFO

(HFO意为HANDFREEOUT)挂机状态HANDFREE叉簧滑板来电显示电话机喇叭和喇叭压圈叉簧滑板手柄四芯曲线免提微音器盒底主电路板LCD模组键盘板机壳灰色排线整机分解叉簧压板导电橡胶喇叭布按键受话器下垫受话器受话器上垫手柄盖配重块配重块螺钉ST2.6*6带垫四芯插座微音器微音器套手柄座合盖螺钉ST2.6*8+_电路板组件的连接（板子之间方向注意不要连反）喇叭

LCD模组键盘板主电路板在此喇叭暂不连CPU邦定板交换机送出的信号（1）拨号通知音：450Hz连续的长音。信号幅度：300~500mVrms（2）忙音：450Hz的间断音，0.3秒送，0.3秒断。信号幅度300~500mVrms。（3）振铃信号：75V，25Hz正弦交流，叠加在直流48V上。（4）主叫显示信号：FSK或DTMF。电话机送出的信号

（1）拨号时送出的信号-----双音多频信号DTMF（DualToneMultiFrequency）（2）摘、挂机判据：

●电话线中直流电流达到3.5mAdc以上可判断为摘机(正常摘机工作电流约为30mA左右)；

●线路中直流电流降到3mAdc以下判断为挂机。双音多频信号(DTMF)的频率组合

高频群频率(Hz)低频群频率(Hz)1209133614771633697123770456852789941*0#

双音多频信号电平：高频群：-7±3dBm低频群：-9±3dBm当量与电压的关系(以-7dBm为例)：-7dBm=20lg(Ux/0.775V)Ux=346mVrms主叫号码显示协议中用到DTMF的A和C，A为头标C为尾标，中间为号码。例A63655906C。

§1电话机工作环境48V电源铃流电路信号设备话音交换网络控制电路用户电路以恒流方式给话机供电，馈电电流约25~35mA。铃继电流器线路阻抗交换机用户电路

双音多频信号电平：高频群：-7±3dBm低频群：-9±3dBm当量与电压的关系(以-7dBm为例)：-7dBm=20lg(Ux/0.775V)Ux=346mVrms主叫号码显示协议中用到DTMF的A和C，A为头标C为尾标，中间为号码。例A63655906C。

电话线(通信电缆)的结构和电路模型：

电话线电缆是0.5mm单股铜芯聚氯乙烯绝缘双绞线。每公里的电路模型如下图所示。

每公里环路电阻近似200。国标规定线路长度在0~5公里范围内。5公里环路电阻1k。0.047FG

47-F47-F

47-F

47-F§1.1用户电路的四个基本功能摘挂机检测,把检测结果通知给控制电路。模/数转换，数/模转换恒流供电(恒流源的交流阻抗)充当电话机发送放大器的直流负载电阻。恒流源特性曲线红线：输出电流与环路电阻（负载电阻）的关系蓝线：恒流源上的电压降随负载电阻的变化关系I/

URL30mA§1.2手柄摘机时的供电和等效直流电阻48Vdc稳压源用户电路以恒流方式给话机供电，馈电电流约为25~35mA。(国标规定在18mA~80mA之间)。国标要求手柄摘机下话机等效直流电阻≤300

交换机30mATR线路阻抗30mA250

2Q5简单的恒流源电路

100K

RL恒流条件：恒流源上的电压降应大于等于2V。IL=(1.3-0.7)÷20=30mA,UL=IL×RL

20

48Vdc

1.3V1530

0.6V

IL=30mA

UL判断旧电池是否可用

电流表300mA?1000

稳压源与恒流源特性比较稳压源：1.稳压源输出端电压恒定，输出电流随负载的变化而变化。2.稳压源的交流阻抗趋于0。恒流源：

1.恒流源输出电流恒定，输出端电压随负载的变化而变化。2.恒流源的交流阻抗趋于无穷大。采用恒流源供电的原因：1、恒流源对外呈现的阻抗很大；2、适应线路长短的变化。§1.2免提摘机时的供电和等效直流电阻48Vdc电源用户电路以恒流方式给话机供电，馈电电流约为25~35mA。(国标规定在18mA~80mA之间)。国标要求手柄摘机下话机等效直流电阻≤300

交换机30mATR线路阻抗30mA250

2Q56V§1.3电话机挂机时线路电流----挂机漏电流48V电源话机挂机后需50~100uA供CPU使用。国标要求话机挂机后线路漏电流≤25uA交换机用户电路中恒流源电路TR线路阻抗100

A§1.4数字程控交换方式下通话原理示意图数字交换网络A/D平衡网络D/A2/4线转换2/4线转换D/AA/D平衡网络2222G2G1§1.5对传输和交换网络的说明

图1.4交换与传输网络示意图中继线用户线中继线市话汇接局市话汇接局DC2长途局DC1长途局DC1长途局DC2长途局端局交换机端局交换机关口局PSTN以外的其他网络长途局（6）常见通知音信号波形拨号音忙音崔挂音注：1、忙音是0.3秒送、0.3秒停的断续音；

2、崔挂音之后交换机将停止给话机供电；3、信号幅度约为300~500mVrms。-7dBm话音频带：300Hz到3400Hz约20秒450Hz约20秒450Hz约30秒950Hz交换机

电话机直流供电电流的路径：交换机端48V直流稳压源经恒流源电路通过电话线向电话机供电，恒流值约30mA左右。在话机内部主电流路径如下：T端或R端流进

极性保护桥路

2Q5

3Q2

3R8

[3R16(1N4004)+LED1//LED2](此处抵达“三横线”地，即VSS)—

4ZD1//(4Q3+4Q2)—

抵达“三撇”地

极性保护桥路

R端或T端流出。开关2交换机送到电话线上的振铃信号t电话线上的振铃电压75V,25Hz1秒送，4秒断-----48V直流106VDTMF双音多频信号(平均幅度大约为-8dBm)§3电话机通话电路§3.1最简单的通话电路

此通话电路存在的问题：自己讲话产生的话音电压毫不衰减的送回到了受话电路，这样在耳机里会听到很大自己的声音(即侧音很大)，致使打电话者非常难受，会不由自主地减小说话的声音，从而造成对方听到声音很小。

送话器受话器TIP线RING线TIP线RING线48V线路阻抗线路阻抗线路阻抗线路阻抗47F47F30mA30mA早期的供电电路

TIP线RING线TIP线RING线48V线路阻抗线路阻抗线路阻抗线路阻抗47F47F30mA30mA§3.2具有消侧音电路的通话电路(惠斯登)

话机(2)Z4Z3Z21006800.1等效平衡网络abcd话机(1)接受放大器线路阻抗线路阻抗a、b：送话器(或送话放大器)输出端c、d：受话器(或受话放大器)输入端TIP线RING线Z1§3.3对外线阻抗Z1的说明

Z1包括线路阻抗和对端话机阻抗之和。0.5mm双绞铜线每公里阻抗用下图网络(a)等效，对方话机阻抗用下图网络(b)等效。(F±1%)

1006800.1(a)(b)0.047FG

47F

47F

47F

47F图1.3阻抗Z1的组成§3.4

消侧音方程式

侧音：讲话者自己听到自己的声音叫侧音。

根据惠斯顿电桥平衡原理，在送话时要使受话器里听不到自己的声音，必须满足下列方程：

换句话说，只要满足上式，那么在送话时c、d两点的电位相等，因此没有信号进入受话放大器。要特别说明一点，由于声音是从20Hz~20kHz,要在这么宽的频带内(加上线路)始终保持cd两点电位相等是做不到的，实际上没有必要做到所有频率点上侧音都为零，也不允许做到侧音为零。

由消侧音方程式我们自然就想到，在给定Z1的前提下，电路设计的任务就是合理而粗略地安排Z2、Z3和Z4，然后在调试过程中进一步确定它们。普通电话电路中最难设计和不好理解的就是通话电路，其难点就是如何消侧音。其次是电源电路，由于电话线的供电电流很有限(虽然国标规定在18mA~80mA之间，但一般都在25~35mA)，且话机挂机后要求漏电流小于等于25A，而话机挂机后还要执行一些工作任务，因此，电源电路是另一个难点。其余电路(整流桥路、拨号、振铃和来电显示电路)都很简单，是简单地叠加。下面分别加以介绍。§4实际2/4线转换及消侧音电路§4.12/4线转换电路及消侧音原理之一1006800.11006800.1IT1IT2IRTR原理：送话时IT1与IT2在变压器中产生的磁场抵消，但受话时电流IR能在R器中产生话音电流。话机外线dbca§4.22/4线转换电路及消侧音原理之二

9k1

5k1

18

560

3C3

100

6800.1

3R8

3R11

3R10

3R9

103J

2Q5

3Q2

+

-

3C5

+

-1F外线话机abcd送话时红信号与绿信号叠加=0§5主板上14芯排线端子的定义及MCU端子定义：端子号字符对应MCU端子字符及其定义

1R/CRDET振铃信号检测2C/MCIDON/MUSIC音乐保持输出3XSET选项开关，内部上拉4SPILDET线路监视，用于防盗打

5TONEMCU的DTMF信号输出端6VDDMCU的电源正端7BATBDET电池电压检测端(未启用)8TIP来电显示信号输入端9RING来电显示信号输入端10GNDMCU的电源地端主板上14芯排线端子的定义及MCU端子定义(续)：端子号字符对应MCU端子及其定义

11MUTMUTE静噪输出端，低有效12HKS摘挂机检测：H：挂机；L：摘机13HFO摘挂机控制输出端14LED连到键盘指示灯正端，不与MCU连15R2排线未连接(无定义)16R3排线未连接(无定义)XIN晶体振荡器输入端XOUT晶体振荡器输出端PLCC锁相环电容SEG液晶显示器“段”驱动信号COM液晶显示器“组”驱动信号键盘上18芯排线端子的定义及MCU端子定义：端子号字符对应MCU端子及其定义R1~R4键盘的行线，MCU复位后为3.3VC1~C8键盘的行线，MCU复位后为1.8V某键按下时所在行列均变为2.2V，从而被MCU识别。1GND2LED指示灯正端,不与MCU连3C24R45R36R27C58C2XSET功能选项表：接二极管R2R3C7XSET防盗ONDTMF拨号用固化号码键盘上18芯排线端子的定义及MCU端子定义：端子号字符对应MCU端子及其定义9R110C311C112C413C514C615C116C817R218R4CPU邦定板邦定工艺介绍(Bonding超声波压焊工艺)COB(芯片在板上，即板上黑包)绝大多数IC封装DIP(双列直插塑封)的内部连接是用SDIP(窄型双列直插塑封)邦定工艺实现的QFP(四边引脚扁平塑封)BGA(球栅阵列)等

COB封装密封胶铝线PCB板环氧胶芯片

邦定是内部芯片与外部封装引脚之间电气连接的加工工艺名称，它只是连接方式而不代表具体封装。SOT23封装封装举例DIP封装SOP封装TSOP封装QFP封装TO220封装TO92封装PLCC封装BGA封装PGA封装SOT25封装CPU与LCD的连接方式之一CPU比如89C51LCD玻璃片串行或并行数据液晶显示器模块(LCDM)是以串行方式还是以并行方式传送数据取决于LCMLCD控制器LCD驱动器CPU与LCD的连接方式之二带LCD驱动端口的CPU比如MSP430,EM78806HC2019等LCD驱动器LCD玻璃片SEGCOMn§6电话机电原理框图(链接)电路图中使用的符号说明1、TIP和RING分别是交换机用户电路上用户接口的正端和负端。2、V+是话机电路中整流桥路输出的正端。3、GND是话机电路中整流桥路输出的负端，手柄摘机状态下GND与VSS被叉簧开关(HK2)连在一起。4、VDD：供给MCU电源的正端。5、VSS：供给MCU电源的负端，同时也是接收电路和微音器电路的地端。6、VR+：接收电路电原正端。7、VHF+：免提功放电路电原正端。§7电话机电路各功能块原理图§7.1整流桥路及MCU电源电路§7.1.1为什么要整流电路交换机送给话机的是直流(馈电)，为什么还要整流呢？由两方面原因：（1）话机在接入电话线时两根线是随意的，但话机电路的电子器件必须要有正确极性的电源才能工作，因此需要极性保护电路(即整流桥路)。（2）交换机的馈电在摘机和挂机两种状态下的电压极性通常是相反的(作为计费信号的标志)，因此话机也需要极性保护电路。§7.1.2实习话机的整流桥路及CPU电源电路TIPRING

220K

2R9

5M6

2R8

5M6

2R241M

2R7150k

2R6

150

2R10

2D6

1N60VDD

100K

2R23

2D81N4004

2Q3

2Q2

2Q1从图中看出，这是一个串联型稳压电路。VDD是电源输出端，提供4V左右的稳压给MCU(微控制器)。MCU在挂机下耗电约50A，来电接受时需2~3mA。摘机后耗电约3mA。2D8和2R23在摘机下给稳压电路提供偏流，此时由2R8来的不够用。V+2D12D22D32D4§7.2发送电路原理要发送的信号包括：话音信号和DTMF信号。§7.2.1在分析送受话电路前先强调三点：a、在看话机电源里图时，一定要理解二极管在导通状态下的交流阻抗趋近于零；b、饱和导通条件下的三极管ec极之间的交流阻抗趋近于0；c、由于话机是恒流馈电，根据恒流源端电压由负载决定的原理，去理解摘机时话机线端电压是10V左右(话机摘机直流阻抗250~350

)，挂机后接近48V(话机挂机后直流阻抗≥480k

)。下面就a和b两点作一简述：a、二极管导通状态下某点的交流阻抗根据交流阻抗的定义：

r=

⊿

≈2mA。由图可见，在导通条件下，⊿V≈0，故动态电阻(即交流阻抗)≈0。30mA电流mA电压(V)⊿

⊿V⊿V⊿

图6.1.2a二极管的正向伏安特性b、三极管饱和导通状态下ec间的交流阻抗≈0。根据交流阻抗的定义：

r=

由图可见，在导通条件下，⊿V≈0，故动态电阻(即交流阻抗)≈0。30mA

c电流(mA)VCE电压(V)⊿

⊿V⊿V⊿

b一定

b一定图6.1.2b三极管的输出特性曲线二极管在截止和导通状态下的信号传输＜0.5V1、不导通时不能传输小信号输入信号输出信号=0＜0.5V2、导通时能够传输小信号输入信号输出信号

2KVDD(5V)

2KVSS§7.2.2发送电路原理TIPRING

100k

2R12

0

2R11

2R13

2Q52Q6

4k7

2R12

HFO

3R4

100k

270k

2R153R1

3R2

3R3

3C1

10F

5k6

150k

56k10k

3R8

18470

3R5

3R7

753Q13Q23R16LED2

LED13C91000F4C11000F4Z15V6HK-2

12k

3R22

2R15

2C9

102J270kMICTONE

4C11

103JVR+VssGNDV+(VHF+)2D12D22D32D4456§7.5.1两种电声器件内部结构和工作原理（1）动圈式受话器ut（2）驻极体微音器VddVSSRDuo振膜磁铁铝外壳驻极薄膜IDVGS0.2mA金属圈原理:eq/de纸圈场效应管加电压时的极性确定---按箭头相反的方向加电压绝缘栅增强型N沟道绝缘栅增强型P沟道GVddVssGVddVssRdRd电荷泵电荷泵Vdd由Vdd供电的负载

在通话电路中受话电路好理解，送话电路相对较难理解(看不出电源在哪)。下面画一简图说明送话原理。

送话放大器实际由交换机的恒流源直接供电，在恒流原供电方式下，三极管的输出特性曲线将变的非常密集，这时MIC若有话音输入，则将引起极射电压(Vce)的显著变化,这个变化的电压在恒流原端被取出并传输到接听的对方。

47F30mAVout

3R4

10k48VVce3Q2MIC

30mA

3R448V3Q2MIC

3R8

2/4线转换电路(600)A/D输入话音存储器输出话音存储器DxDr

10kD/A§7.3耳机接收电路原理

100k

2R12

0

2R11

2R13

2Q52Q6

4k7

2R12

HFO

3R13

2R153R1

3C5

1F3k33Q33R16LED2

LED13C91000F4C11000F4Z15V6VR+VssGNDV+

270k

100k3R13R1

5k6

5k6

5k6VR+

4R31k54C31043C6104去免提功放3C3103JHK-2R120

(VHF+)456§7.4带自举的推挽功放电路(免提功放)4Q1VssGND

4R5

6804C81034Q24Q3

4C10100F

4C7

102J4C6

10F100

4R4270k

4R6

0

4R7

2C9

0

4R31k54C3104来自耳机接收电路4C9103MN说明：1、M点相对GND的电位是：(Vss-VGND)/2。2、4C6上的电压约为(Vss-VGND)/2。3、4C6和4R4是实现自举的元件，作用是在M点电位升高时自动提高N点的电位(即所谓自举)，从而给4Q3提供附加偏流，最终目的是保证M点正向振幅与负向振幅基本对称。(VHF+)4D24D3Y§7.5微音器电路3C10

10FHK24563C11203

3C1347F4C44034C11103J3C12123J

3R20

1k53D4VssGND3k3

4R912K

3R224k7

3R21-++-M1M2去发送放大器VR+MUTE4和5接为手柄状态；4和6接为免提状态。§7.6摘挂机识别电路

HKSMCUHK-11232C13103Vss

3R2

0

470k

4R12C7470FVDD叉簧开关状态：手柄摘机1和2接；挂机后1和3接。415263叉簧焊点面§7.7振铃电路和防雷击电路

4C103.3F

4C103.3F2L1

1R21ZD11C3

10F22k2k7

1R1

C

D

TR1

2411振铃芯片8

52

4367

1R45M1

R1180k

R2C1223JC2682J

1C60.33F

Y8

C

D33kZNR12C110313～15Vac538Hz/653Hz

30V3.3uF/250V§7.7.1了解振铃电路的输入输出信号振铃时交换机送到话机TIP和RING端70V，25Hz铃流，经整流稳压后在C、D两端得到27V的直流电源供振铃芯片2411，2411实际是一个振铃信号发生器，它产生两个频率的音信号：

fH1=1/(1.518×R2×C2)(Hz)

fH2=1.214×fH1

(Hz)

2411的第8脚输出的信号幅度约为5Vrms。输出阻抗约1k。另外，上面的两个信号不是同时输出的，而是按下面的周期(或频率)fL交替的输出：fL=1/(1.359×R1×C1)(Hz)。计算一下：

fH1=1/(1.518×R2×C2)=1/(1.518×0.18M

×0.0068F)